Górnośląskie Zagłębie Węglowe jest regionalną jednostką geologiczną
występującą na Wyżynie Śląskiej i Krakowskiej, Kotlinie Morawskiej i Raciborsko-
-Oświęcimskiej oraz na Pogórzu Karpackim i pod Beskidami Zachodnimi. Jego
granice pokrywają się z wychodniami górnokarbońskich utworów węglonośnych na
obszarze Polski (Górny Śląsk) i Czech (Morawy) (rys.2a). Ma ono charakterystyczny
kształt trójkąta o wklęsłej podstawie i wierzchołku zwróconym ku północy. Obejmuje
powierzchnię około 7500 km2, z czego około 5800 km2 znajduje się w granicach
13
Rys. 1. Obszary górnicze kopalń w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym według stanu obowiązującego do
1989 roku (przed restrukturyzacją górnictwa)
Fig. 1. Mining areas in the Upper Silesian Coal Basin before restructuring of the mining industry until 1989
14
Rys. 2a. Mapa geologiczna odkryta (pod utworami czwartorzędu) Górnośląskiego Zagłębia Węglowego
wraz z elementami tektoniki (opracowana na podstawie prac: S. Doktorowicza-Hrebnickiego (1959,1968),
Z. Buły i A. Kotasa (1994), S.W. Alexandrowicza (1963), R. Kazuka (1994) i A. Różkowskiego (1971a,
2001a))
Fig. 2a. Geological map (post-Quaternary) of the Upper Silesian Coal Basin including tectonic elements
(after S. Doktorowicz-Hrebnicki (1959,1968), Z. Buła and A. Kotas (1994), S.W. Alexandrowicz (1963), R.
Kazuk (1994) and A. Różkowski (1971a, 2001a))
15
polskich, pozostała część w Czechach (Buła, Kotas 1994). Jest ono jedną z jednostek
platformy paleozoicznej położonej na przedpolu Karpat. Geneza i zasadnicze
uformowanie nastąpiło w czasie orogenezy waryscyjskiej, natomiast budowa
głębokiego podłoża jest zdeterminowana w głównej mierze wykształceniem
skonsolidowanych prekambryjskich jednostek strukturalnych. Najmłodsze elementy
budowy geologicznej uformowały się w okresie alpejskich ruchów tektonicznych.
Na skutek orogenezy alpejskiej nastąpiła przebudowa waryscyjskiego zapadliska
przedgórskiego (Kotas 1972, 1985). Przeważająca część GZW znalazła się w zasięgu
zapadliska przedkarpackiego wypełnionego utworami trzeciorzędu, a nawet
fragmentarycznie pod utworami fliszowymi Karpat (rys. 2a). Na pozostałym obszarze
w centralnej i częściowo wschodniej części wychodnie utworów węglonośnych
karbonu odsłaniają się na powierzchni, natomiast w północnej, a także wschodniej,
pokryte są utworami mezozoiku: triasu oraz jury, należącymi do monokliny śląsko-
-krakowskiej.
Rozwój serii węglonośnych karbonu w GZW nie jest równomierny. Największe
miąższości poszczególne serie osiągają w zachodniej części. Osady utworów karbonu
węglonośnego są uważane za wypełnienie basenu molasowego orogenu waryscyjskiego
(Kotas 1982), które powstały w warunkach klimatu tropikalnego. W dolnej
części kompleksu sedymentacja osadów nastąpiła w środowisku lądowo-morskim,
w środkowej w limno-fluwialnym, zaś w górnej we fluwialno-deltowym. Sedymentacja
była uwarunkowana zarówno przez prędkość subsydencji basenu, jak
i interakcje lokalnych środowisk, takich jak: rzeki, jeziora, torfowiska i morza, co
w efekcie doprowadziło do zróżnicowania facjalnego. Skały podłoża utworów
węglonośnych karbonu górnego obejmują utwory prekambru, kambru, dewonu
i karbonu dolnego.
Sumaryczna miąższość osadów węglonośnych oceniona jest na około 8500 m.
Zasoby węgla do głębokości około 2000 m oszacowano na 150 mld ton (Kwarciński
i inni 1999). Utwory węglonośne karbonu górnego tworzą trzy kompleksy
litologiczne: górną część asocjacji węglanowej zaliczanej do karbonu dolnego,
asocjację fliszową pogranicza karbonu górnego i dolnego oraz asocjację molasową
utworów węglonośnych karbonu górnego. W tej ostatniej wyróżnia się serie
litostratygraficzne, którymi są:
- Seria paraliczna (SP) (namur A) wykształcona jako utwory klastyczne (zlepieńce,
piaskowce, mułowce i iłowce) i fitogeniczne (łupki węglonośne i węgle).
Cykliczna budowa charakteryzuje się występowaniem w utworach lądowo-
-morskich paralicznych pokładów węgla z fauną morską, brakiczną i słodkowodną.
Składa się z warstw brzeżnych namuru A o zróżnicowanej miąższości:
gruszowskich (1260 m), pietrzkowickich (800 m), głównie w wy-kształceniu
mułowcowo-piaskowcowym, jaklowieckich (380 m) z przewagą iłowców i
porębskich (1100 m) przy spągu z ogniwem piaskowców oraz zlepieńców
zameckich.
- Górnośląska seria piaskowcowa (GSP) (namur B i C), z przewagą utworów
gruboklastycznych (piaskowce, zlepieńce) nad osadami ilasto-mułowcowymi,
16
utworzona jest z limnicznych warstw jejkowickich (150 m), siodłowych (140 m)
i rudzkich (800 m).
- Seria mułowcowa (SM) (westfal A i B), w której dominują osady mułowcowo-
-iłowcowe, a miejscami ławice piaskowców, złożona jest z warstw załęskich (1200
m) i orzeskich (600 m).
- Krakowska seria piaskowcowa (KSP) (westfal C i D) jest najmłodszą jednostką
litostratygraficzną karbonu węglonośnego. Stanowi ona stropową część lądowych
(limno-fluwialnych) utworów węglonośnych, składającą się głównie z osadów
gruboklastycznych (udział piaskowców i zlepieńców przekracza 70%). Zbudowana
jest z warstw łaziskich (1080 m) i libiążskich (560 m).
Na węglonośnych utworach karbonu leży klastyczna (bezwęglanowa) seria zwana
arkozą kwaczalską stefanu (Ak). Arkoza jest najmłodszym ogniwem na powierzchni
stropowej i zajmuje około 5% obszaru GZW we wschodniej jego części.
Wszystkie wyżej wymienione serie litostratygraficzne, występujące w przekroju
zachód-wschód (W-E), zostały przedstawione na rysunku 2b.
W opisanych seriach litostratygraficznych utworów karbonu spotyka się minerały
ilaste: kaolinit, haloizyt, illit, montmorillonity (smektyty) i serycyt; minerały
węglanowe: kalcyt, dolomit, ankeryt i syderyt, a także minerały tlenowe, siarkowe
i chlorkowe, takie jak: piryt, markasyt, goethyt, chloryt oraz kwarc, skalenie, miki,
meta- i ortokrzemiany wapniowo-magnezowe (pirokseny, amfibole, oliwiny) (Kuhl
1955).
Najstarszymi utworami przykrywającymi karbon są utwory permu. Są to osady
lądowe z wulkanitami powstałe w suchym klimacie. Perm jest reprezentowany przez
utwory czerwonego spągowca wykształcone jako zlepieńce myślachowickie (formacja
myślachowicka), składające się głównie z wapieni i dolomitów dewońskich, skał
dolnokarbońskich oraz otoczaków skał wylewnych. Młodszą jednostką
litostratygraficzną jest formacja Sławkowa (Kiersnowski 1991). W tej formacji
znaczący udział mają skały wulkaniczne (pokrywy lawowe i tufowe). Zlepieńce
myślachowickie znajdują się w pasie ciągnącym się od Dąbrowy Górniczej do
Krzeszowic oraz w postaci płatów w rejonie Tarnowskich Gór, natomiast intruzje skał
magmowych występują we wschodniej części Zagłębia (rys. 2a). Miąższość utworów
permu w obszarze GZW nie przekracza 200 m, a na jego wschodnim obrzeżeniu
dochodzi do 400 m.
Poza permem na sfałdowanych utworach karbonu, których rzeźbę powierzchni
przedstawiono na rysunku 3, występują pokrywy mezozoiczne i kenozoiczne. Utwory
mezozoiku występują w północnej, północno-wschodniej i wschodniej części GZW.
Największy obszar zajmują utwory triasu, które są przykryte osadami dolnej jury (rys.
2a). Tworzą one bardzo płaskie, nieckowate struktury ułożone łukiem od Gliwic przez
Bytom, Jaworzno po Chrzanów. Utwory triasu są rozwinięte w zasięgu niecki
bytomskiej oraz niecek chrzanowskiej, wilkoszyńskiej i długoszyńskiej (rys. 3).
Obserwuje się również występowanie izolowanych płatów triasu, między innymi
w rejonie Rybnika, Mikołowa, Lędzin i Chełma Śląskiego. Trias reprezentowany jest
przez osady dolnego pstrego piaskowca (warstwy świerklanieckie), górnego pstrego
piaskowca (retu), wapienia muszlowego i kajpru. Utwory te tworzą skrajnie południo17
Rys. 2b. Przekrój geologiczny (W-E) przez Górnośląskie Zagłębie Węglowe (według W. Kriegera):
Q czwartorzęd, Tr trzeciorzęd, T Trias, AK arkoza kwaczalska, KSP krakowska seria piaskowcowa, SM seria mułowcowa, GSP górnośląska
seria piaskowcowa, SP seria paraliczna
Fig. 2b. Geological-cross section (W-E) of the Upper Silesian Coal Basin (after W. Krieger):
Q Quaternary, Tr Tertiary, T Triassic, AK Kwaczalska Arkoza,
KSP Cracow Sandsone Series, SM Mudstone Series, GSP Upper Silesian Sandsone Series,
SP Paralic Series
18
Rys. 3. Mapa geologiczno-strukturalna stropu utworów węglonośnych karbonu według
Z. Buły i A. Kotasa (1994) z wyróżnionymi strukturami morfologicznymi
Fig. 3. Geological-structural map of the top surface of the Carboniferous formation
after Z. Buła and A. Kotas (1994) with the morphological structures
19
wą i zachodnią część monokliny śląsko-krakowskiej. Dolny pstry piaskowiec
wykształcony jest głównie w postaci piaskowcowo-żwirowcowo-iłowcowych osadów
niekiedy o pstrym zabarwieniu, natomiast w górnym pstrym piaskowcu (recie) zalegają
morskie utwory zawierające oprócz piaskowców, mułowców i iłowców także
dolomity, margle, w których lokalnie występują wkładki anhydrytów i gipsów.
Miąższości górnego pstrego piaskowca (retu) mieszczą się w granicach od 20 do
60 m. W profilu wapienia muszlowego i kajpru dominują dolomity, wapienie oraz
margle. Maksymalne miąższości utworów triasu w zasięgu GZW nie przekraczają
230250 m.
Utwory jury występują wzdłuż wschodniego obrzeżenia w rejonie Chrzanowa
i Krzeszowic (rys. 2a). W okolicach Chrzanowa ułożone są one niezgodnie na
różnych, opisanych wyżej, osadach triasu. Osady jury reprezentowane są przez
wapienie skaliste, częściowo piaskowce z przewarstwieniami margli o miąższości do
100 m.
Utwory kenozoiku tworzą w GZW osady trzeciorzędu i czwartorzędu.
Trzeciorzęd, obejmujący piętro molasowe oraz fałdowe utworów fliszowych Karpat
leży niezgodnie na silnie zróżnicowanej morfologicznie powierzchni erozyjnej karbonu
i mezozoiku. Na powierzchni tej wyróżnia się znaczące doliny: Pilchowic, Strumienia,
Wilamowic i Skoczowa, a także kotliny zapadliskowe: Panewnik, Zawady,
Oświęcimia, rozdzielone przez grzbiety: Dębieńska, Żor, Pawłowic, Kaczyc i Cieszyna
(rys. 3). Formy te wykazują związek z regionalnymi uskokami lub strefami
uskokowymi o dużej amplitudzie zrzutu, tworzącymi schodową strukturę zachodniej
części zapadliska przedkarpackiego. W obszarze GZW trzeciorzęd reprezentowany jest
głównie przez utwory miocenu, lokalnie pliocenu, a także szczątkowo paleogenu
(Alexandrowicz 1963, 1964; Alexandrowicz i inni 1982; Dyjor, Sadowska 1986;
Garecka, Olszewska 1998; Jasionowski 1995; Olszewska 1999; Sadowska 1996).
W utworach miocenu B. Olszewska (1999) wyróżnia następujące wydzielenia:
formację z Zawoi, formację z Suchej (wczesny miocen eggenburg), formację
zebrzydowicką (wczesny miocen ottnang karpat), formację kłodnicką (wczesny
miocen karpat), formację dębowiecką (wczesny środkowy miocen karpat
najniższy baden), formację skawińską (wczesny baden moraw), formację z Krzyżanowic
(baden środkowy moraw), formację z Wieliczki (baden środkowy wielicz),
formację z Gliwic (kosow) oraz warstwy grabowieckie (późny baden kosow).
Formację kłodnicką tworzą osady ilaste i piaszczyste powstałe w środowiskach
lądowym (słodkowodnym) i brakicznym. Miąższość jej wzrasta ku północy, od zera
w pasie nasunięcia karpackiego do kilkudziesięciu metrów wzdłuż północnej granicy
zapadliska przedkarpackiego, do Gliwic i dalej na południowy wschód w kierunku
Imielina i Oświęcimia. Maksymalną miąższość 150 m formacja kłodnicka osiąga
w rejonie Kędzierzyna. Formacja dębowiecka składa się ze zlepieńców i piaskowców
zbudowanych ze skał podłoża miocenu (Tołwiński 1950), a także utworów fliszu
karpackiego i karbonu (Buła, Jura 1983). Najlepiej została ona rozpoznana
w okolicach Cieszyna, gdzie jej miąższość dochodzi do 200 m. Formacje kłodnicka
i dębowiecka przykryte są utworami morskimi formacji skawińskiej, osadami ilastymi
i mułowcami zawierającymi przeławicenia piaszczyste, wkładki żwirowców, zle20
pieńców oraz wapieni. Formacje z Krzyżanowic i Wieliczki charakteryzują utwory
zawierające iły margliste, margle, ewaporaty solne (halit), siarczanowe (anhydryt,
gips) i węglanowe (wapienie). W rejonie RybnikŻoryOrzesze, w zasięgu kotliny
Zawady, utworzonej w rowie uskoku bełckiego, występuje złoże soli kamiennej. Do
formacji z Gliwic zostały zaliczone utwory zalegające ponad ewaporatami,
o wykształceniu ilasto-piaszczystym, w dolnej części zawierające wkładki tufowe i iły.
Miąższość osadów trzeciorzędu wzrasta ku południowi sięgając do 1100 m.
Utwory pliocenu, wypełniające formy dolin kopalnych, obserwowane są lokalnie
w północno-zachodniej części GZW. Osiągają tam miąższości w granicach od
kilkunastu do kilkudziesięciu metrów. Wykształcone są w postaci żwirów i piasków.
W skrajnie południowej części GZW na osady trzeciorzędu nasunięte są utwory
fliszu karpackiego stanowiące trzeciorzędowo-kredowe utwory fliszowe Karpat. Są
one wykształcone w postaci kompleksu iłowcowo-piaskowcowego. Miąższość tych
utworów jest zmienna w granicach od kilku do ponad trzystu metrów
Wśród utworów czwartorzędu wyróżnia się osady: lodowcowe, wodnolodowcowe,
rzeczne i eoliczne. Utwory lodowcowe wykształcone są w postaci glin zwałowych
z nieregularnie rozmieszczonymi soczewami piasków. Osady wodnolodowcowe
reprezentowane są przez piaski i żwiry z wkładkami glin. Podobnie wykształcone
są osady rzeczne. Utwory eoliczne reprezentowane są przez lessy i piaski.
Charakteryzuje je ograniczone rozprzestrzenienie. Największe miąższości utworów
czwartorzędu, osiągające 100 m, stwierdzono w dolinach rzecznych (Kotlicka 1964).
W utworach węglonośnych karbonu GZW zostały wydzielone trzy strefy
wykształcenia strukturalnego: tektoniki fałdowej, dysjunktywnej oraz fałdowo-
-blokowej. Strefa tektoniki fałdowej obejmuje obszar od zachodnich granic aż po linię
nasunięcia orłowsko-boguszowickiego. Równolegle do niego przebiega nasunięcie
michałkowicko-rybnickie (rys. 2a). Obie te struktury zanikają w południowych
regionach czeskiej części GZW, natomiast w rejonie Gliwic rozczłonkowane są
wachlarzowo w postaci nasunięć, uskoków oraz fałdów (Kuzak 1994). W północno-
-zachodniej części wszystkie struktury strefy fałdowej skręcają ku północnemu
wschodowi, przechodząc w fałdy wschódzachód. W stosunkowo wąskiej strefie
tektoniki fałdowej występuje w południowo-zachodniej części para rozległych niecek o
charakterze brachsynklin: niecka jejkowicka i chwałowicka (rys. 3), które rozdzielone
są nasunięciem michałkowicko-rybnickim oraz skomplikowane struktury fałdowonasunięciowe
w rejonie Gliwic (rys. 2a). Większość struktur w strefie tektoniki
fałdowej wykazuje kierunek SSWNNE, ale obserwuje się także obecność licznych
uskoków o różnych amplitudach zrzutu.
Największy obszar GZW, na wschód od nasunięcia orłowsko-boguszowickiego,
zajmuje strefa tektoniki dysjunktywnej. W jej zasięgu położona jest najrozleglejsza
struktura zwana niecką główną (rys. 3). Obejmuje ona obszar południowej i centralnej
części GZW po okolice Rudy Śląskiej, Katowic i Jaworzna na północy. Jest to bardzo
łagodna i rozległa forma synklinalna, której oś biegnie w kierunku WE przez
środkową część od rejonu Tychów po Chełmek w kierunku Zatora. Obszar jej jest
pocięty kilkoma równoleżnikowymi, znaczącymi uskokami, od północy na południe:
uskok kłodnicki, bełcki, ŻoryBrzeszczeJawiszowice, BzieCzechowiceMarcy21
poręba (rys. 2a), o bardzo dużych amplitudach zrzutu od 300 do 1000 m w kierunkach
WNWESE. Zrzuty mają kierunek południowy, co sprawia, że południowe skrzydło
niecki głównej wykazuje strukturę schodową (rys. 3). Na kontakcie strefy tektoniki
dysjunktywnej z nasunięciem orłowsko-boguszowickim występują struktury fałdowe o
niewielkim zasięgu, wśród których wyróżnia się antyklinalne struktury w rejonie
Jastrzębia. W obszarze objętym tektoniką dysjunktywną oprócz wspomnianych
równoleżnikowych uskoków przemieszczających utwory karbonu głównie ku
południowi, istnieje gęsta sieć uskoków o różnym przebiegu i zrzucie (Buła, Kotas
1994).
Strefą tektoniki fałdowo-blokowej jest objęta skrajnie północno-wschodnia
i wschodnia część GZW. Wyróżniają się tam asymetryczne brachstruktury (synkliny,
antykliny) o kulisowym ułożeniu, których osie w północnej części mają kierunek
WE, a dalej ku południowemu wschodowi zmieniają kierunek na NWSE. Podobnie
jak w strefie tektoniki dysjunktywnej występuje gęsta sieć uskoków o zmiennych
kierunkach przebiegu i zrzutach. Ich amplitudy na ogół nie przekraczają 100 m.
Należy podkreślić, że uskokom występującym w utworach karbonu towarzyszą
strefy spękań i szczelin oraz brekcji tektonicznych. Silniej spękane i zeszczelinowane
są zazwyczaj skały gruboklastyczne piaskowce i zlepieńce, natomiast w obrębie skał
drobnoklastycznych mułowców, iłowców oraz węgli gęstość spękań maleje,
a szczeliny występują rzadko (Jura 2001).